不同LED光质对紫甘蓝幼苗生长的影响

郑冬梅　李彩霞　林碧英　黄碧阳　庄团达　许胜胜

摘 要 以紫甘蓝品种‘紫辉甘蓝为试材，在南方塑料大棚内密闭式光照植物培养架中，采用新型LED光源研究了不同光质对紫甘蓝幼苗生长的影响，试验共设置6个处理：R（红）、B（蓝）、8R2B（红光 ∶ 蓝光=8 ∶ 2）、5R5B（红光 ∶ 蓝光=5 ∶ 5）、2R8B（红光 ∶ 蓝光=2 ∶ 8）和荧光灯（对照CK）。结果表明：（1）在8R2B处理下，紫甘蓝幼苗地下部鲜重、地上部鲜重、单株鲜重、株高、根体积、根总表面积和根投影面积均最大；（2）与CK相比，不同光质处理均提高了幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量，以2R8B处理最高；（3）与CK相比，除R处理的幼苗可溶性蛋白质含量降低外，其它处理均有助于幼苗可溶性蛋白质含量的积累，以8R2B处理最高；（4）可溶性糖含量以R处理最高；（5）与CK相比，各光质处理均显著降低了幼苗MDA含量，以B处理效果最显著，8R2B和5R5B次之；（6）各光质处理对紫甘蓝幼苗叶片脯氨酸含量的影响与CK相比无显著性差异。

关键词 光质；紫甘蓝；幼苗；生理特性

中图分类号 S635.1 文献标识码 A

Abstract The effect of different light quality on the growth of purple cabbage seedlings was studied by using new type LED light source in an enclosed light culture plastic greenhouse with seven LED light quality treatments： R（red）， B（blue）， 8R2B（R ∶ B=8 ∶ 2）， 5R5B（R ∶ B=5 ∶ 5）， 2R8B（R ∶ B=2 ∶ 8）and a fluorescent lamp（control CK）. The results showed that：（1）Under 8R2B treatment， the fresh weight， shoot fresh weight， plant fresh weight， plant height， root volume， root total surface area and root projection area of purple cabbage seedlings were the highest.（2）Compared with CK， the content of the chlorophyll a， chlorophyll b and carotenoid in all light treatments increased， and that of the treatment 2R8B was the highest.（3）Compared with CK， the soluble protein content of the R-treated seedlings decreased， while the other treatments promoted the accumulation of soluble protein content， and the treatment with 8R2B was the highest.（4）The soluble sugar content of the seedlings of R was the highest.（5）Compared with CK， the content of MDA in the seedlings significantly decreased by light treatments， and the effect of B was the most significant， followed by 8R2B and 5R5B.（6）There was no significant difference in the proline content of purple cabbage seedlings compared with CK.

Key words Light quality； purple cabbage； seedlings； physiological characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.06.012

光是植物生长发育最重要的环境因子之一，光照强度和光质对植物的生长、光形态建成和生理代谢均有显著影响[1]。光质影响植物的幼苗生长[2]、品质[3]、产量[4]、抗氧化系统[5]等。近年来，随着补光技术在设施蔬菜育苗中的利用和普及，不再局限于只使用普通光源进行补光。光质作为影响植物生长发育的重要因子之一，其影响首先表现在对植物光形态建成方面[6]。已有研究表明，不同光质强度和比例较普通的荧光灯更能促进植株的生长，特别是LED光源产生的红、蓝光能明显影响植物的生长，但是单色光蓝光或红光对植物的生长促进作用远不如红蓝复合光[7]。红蓝复合光可以通过提高净光合速率从而促进植物的生长和发育，且红蓝光的最佳比例也随植物的不同而不同[8]。故近几年单色红光或蓝光以及红蓝复合光是研究热点[9-11]。

紫甘藍（Brassica oleracea L）又称红甘蓝、赤甘蓝，俗称紫包菜。紫甘蓝中含有的花青素苷和各类纤维素都极其丰富。随着人们对紫甘蓝在保健和食疗中应用的了解，紫甘蓝现已被较大规模食用。紫甘蓝种植效益高于普通甘蓝，市场竞争较强。现阶段，大部分研究学者对紫甘蓝的研究大多数集中在栽培、色素提取方法的优化等方面，但是关于光质对紫甘蓝幼苗影响的研究鲜有报道。本试验以不同配比的红蓝光组合为光源，采用光质调控技术，研究了不同比例的红蓝LED光对紫甘蓝幼苗形态指标和生理生化指标的影响，以期为紫甘蓝设施育苗的光调节提供调控依据和理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试紫甘蓝（Brassica oleracea L）品种名为‘紫辉甘蓝，由福建农林大学蔬菜研究所提供。光质试验为自主设计的LED灯光架，LED光源由上海仁和照明电器有限公司生产。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2016年5～7月在福建农林大学园艺学院设施温室内进行。试验共设6个处理，分别是R（红光）、B（蓝光）、8R2B（红光 ∶ 蓝光=8 ∶ 2）、5R5B（红光 ∶ 蓝光=5 ∶ 5）、2R8B（红光 ∶ 蓝光=8 ∶ 2）、CK（荧光灯），光照强度设置为150 μmol/（m2·s），灯光固定于培养箱顶部，光源灯管距离植株约为40 cm，不同处理之间用黑色隔板隔开，处理室外用黑色硬纸板包围，防止外源灯光对试验结果造成影响。光照时间设置为每天光照11 h，黑暗13 h，室内培养温度为（28±2）℃。

于2016年5月21日开始育苗，播种前先浸种后置于25 ℃培养箱中催芽，待种子发芽后播种在5×12孔的穴盘中，基质比例为蛭石 ∶ 珍珠岩 ∶ 草炭土=1 ∶ 1 ∶ 3（V ∶ V ∶ V）；2016年6月15日幼苗长至2片真叶后，选取长势一致的苗移栽至10 cm×10 cm的营养钵中进行光质处理，每隔2 d浇10 mL水，每隔5 d浇10 mL营养液（华南农业大学叶菜类B营养液配方）[12]。

1.2.2 测定项目和方法 用光质处理幼苗至6片真叶后，随机选取各个处理的幼苗植株进行试验，生理生化试验在福建农林大学园艺学院生理生化实验室进行。株高用直尺测量，茎粗用游标卡尺测量（茎粗测定部位为下胚轴），植株鲜重用电子天平（精确度为0.001）称重，根冠比=地下部分鲜重/地上部分鲜重，根系形态采用加拿大REGENT INSTRUMENTS公司生产的WinRHIZO OVERVIEW根系分析扫描仪分析。叶绿素含量测定采用丙酮和乙醇混合提取法[13]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[14]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法测定，脯氨酸含量采用茚三酮显色法测定[15]。随机选取各处理幼苗叶片剪碎混合后进行各试验项目指标测定，每个处理重复3次。

1.3 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003进行整理，采用DPS（7.05）软件Duncan新复极差法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同红蓝光配比对紫甘蓝幼苗生长的影响

植物的干重或鲜重可以直观地反应植物的生长情况。由表1可知，不同光质处理影响紫甘蓝幼苗地上鲜重、地下鲜重、单株鲜重、株高和茎粗。不同处理地上部、地下部和单株鲜重与对照之间都存在明显的差异（p<0.05），除R和2R8B处理的幼苗地下部鲜重比CK低46.67%和17.38%外，其它光质处理的幼苗地上部、地下部和单株鲜重均高于CK。其中8R2B光质处理的幼苗地上部、地下部和单株鲜重值均最大，与CK存在显著性差异，分别比CK增加48.63%、48.63%和110.14%。不同光质处理的幼苗株高以8R2B处理最大，与CK达到显著性差异，比CK增加54.73%，其它处理之间差异不显著。茎粗以B处理的效果最好，比CK增加了54.67%，其它处理之间差异不显著。

根冠比的大小体现了植株对环境因素的适应性，也反映了地上部和根系生长的协调性。由表1可知，CK处理的根冠比值最大，与其它光质处理相比达到显著性差异，但其地上部和单株鲜重等指标均显著低于其它处理，说明CK处理的地上部分受影响比较大；R处理的幼苗根冠比最小，比CK低69.50%，说明红光处理对幼苗地上部生长的影响要大于地下部。

不同光质处理的紫甘蓝幼苗根系总长度、根平均直径、根尖数等指标见表2。B处理的根总长最长，根平均直径最大，比CK分别提高了49.18%和22.22%，但根尖数较少，根体积、根总表面积和根投影面积也较小；R处理的根尖数、根体积、根总表面积和根投影面积最小，分别比CK减少了47.62%、32.36%、30.73%、30.69%，根总长和根平均直徑也较小；而8R2B处理的幼苗根体积、根总表面积和投影面积最大，比CK分别提高了42.86%、21.75%和6.67%，对幼苗根系生长影响较显著。

2.2 不同光质处理对紫甘蓝幼苗光合色素含量的影响

植物叶片中的光合色素是植物进行光合作用的物质基础，色素的含量和组成通过直接影响叶片的光合速率来影响植株的生长。由图1可知，不同光质处理对紫甘蓝幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总量的影响各不同。R和B处理与CK差异不显著，不同比例红蓝光处理均提高了幼苗色素含量，8R2B、5R5B和2R8B均与CK达到显著性差异，其中以2R8B处理效果最好，其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总含量均最高，分别比CK提高了66.64%、77.71%、57.03%和69.56%，说明2R8B处理更有利于紫甘蓝幼苗色素含量的积累。

2.3 不同光质处理对幼苗叶片若干生理生化指标的影响

2.3.1 可溶性蛋白质含量 由表3可以看出，以8R2B处理的可溶性蛋白质含量最高，达74.82 mg/g，比CK提高了10.58%，达到显著性差异；红光R处理的幼苗叶片可溶性蛋白质含量最低，比CK减少了69.21%，且与其它处理存在显著性差异；B、5R5B、2R8B和CK处理之间差异不显著。说明8R2B处理有利于提高幼苗可溶性蛋白质含量。

2.3.2 可溶性糖含量 由表3可以看出，不同光质明显影响幼苗叶片可溶性糖含量。R和B提高了幼苗叶片的可溶性糖含量，以R处理效果最显著，比CK提高了66.42%，达显著差异；8R2B、5R5B和2R8B处理均降低幼苗可溶性糖含量，比CK分别降低了33.21%、22.31%和28.76%。说明R处理有助于提高幼苗叶片可溶性糖含量。

2.3.3 丙二醛（MDA）含量 丙二醛作为膜脂过氧化指标，表示细胞膜过氧化程度和植物对环境条件反应的强弱。由表3可以看出，不同光质处理明显降低了幼苗丙二醛含量，与CK相比均存在显著性差异；不同光质处理中以R处理的幼苗丙二醛含量较高；以B处理最低，比CK降低了66.63%，说明B处理可能抑制了紫甘蓝幼苗叶片MDA的含量，减轻膜脂过氧化程度；8B2B、5R5B和2R8B处理之间差异不显著。由此可见，与CK相比，其余光质处理对幼苗叶片MDA的积累都有抑制效果，其中以B处理抑制效果最为明显。

2.3.4 脯氨酸含量 由表3可以看出，不同光質下紫甘蓝幼苗脯氨酸含量大小为：B>CK>5R5B>R>8R2B>2R8B，B处理的幼苗脯氨酸含量最高，2R8B处理的脯氨酸含量最低，但各光质处理幼苗的脯氨酸含量与CK相比无显著性差异，说明不同光质处理对紫甘蓝幼苗脯氨酸含量的影响不大。

3 讨论

利用不同比例的LED光源对紫甘蓝幼苗进行处理，结果表明，各处理中8R2B处理的幼苗干鲜重、株高、根体积、根总表面积和根投影面积最大，这与陈星星等[6]研究结果一致。茎粗方面，以B处理最大，这与齐连东等[16]、张立伟等[17]研究得出的结论一致。

叶绿素含量体现了植物对光能的利用和调节能力，光质不仅影响植株光形态建成，同时也调控光合色素的合成，这是因为不同光合色素吸收的光谱不同[18]。唐永康等[19]研究表明蓝光促进油麦菜叶绿素含量的增加，张欢等[20]研究表明蓝光促进番茄叶片中叶绿素含量的积累，王芳等[21]研究表明7R3B处理的茄子叶绿素含量最高，而辣椒叶片中叶绿素含量与红蓝光质配比关系不大。由此可见，光质对不同种类的蔬菜叶绿素含量的影响不同。本研究中，2R8B处理的幼苗叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总含量均最高，B处理下的叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素总含量均最低，这与王晓艳等[22]、徐文栋等[23]的研究结果一致。

蛋白质是生命的物质基础，即构成生理活动物质的成分，在植物的生长发育过程中具有重要作用[24]。很多研究提到不同红蓝光比例会影响植物可溶性蛋白质含量。例如，刘福霞等[25]研究表明，红蓝复合光提高了黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量，邬奇等[26]研究表明红 ∶ 蓝（2 ∶ 1）补光显著增加了番茄幼苗的可溶性蛋白质含量。本研究结果表明，8R2B处理的幼苗可溶性蛋白质含量最高；而R处理则降低了幼苗可溶性蛋白质含量，这与王帅等[27]研究结果一致。

可溶性糖是植物光合作用的产物，是重要的能量贮藏物质，也是呼吸作用的主要底物[28]。刘林等[29]研究表明光质对光合代谢有重要的调节作用，它通过诱导光敏色素对蔗糖代谢酶进行调控，使其光合作用的产物得到相应的增加，从而影响可溶性糖的含量。本研究结果表明R处理下的可溶性糖含量最大，说明红光处理有利于紫甘蓝幼苗可溶性糖含量的积累，这与张欢等[30]、李慧敏等[31]和蒲高斌等[32]的研究结果一致。

MDA是植物在逆境胁迫下产生的一种膜脂过氧化物，其含量的多少可以反映出膜脂过氧化物的多少，即受损伤程度的大小[33]。本研究结果表明，不同光质处理下紫甘蓝幼苗叶片的MDA含量较CK都有明显下降，证明不同光质都不同程度地减缓了幼苗叶片细胞中不饱和脂肪酸发生脂质过氧化，以B处理效果最好，这与林碧英等[34]研究结果（不同光质红光、蓝光处理都不同程度减少豇豆幼苗MDA含量）一致，但与王帅等[27]结果不一致，可能原因是不同植物对光质的响应机制不一样。

脯氨酸作为羟自由基清除剂，对环境变化反应十分敏感，其含量与环境胁迫的强度呈显著正相关[35]。植物体内的脯氨酸含量增加可增大植物渗透压，是细胞质重要的渗透调节物质[36]。本研究结果表明，不同光质处理对紫甘蓝幼苗叶片脯氨酸含量的影响无显著性差异，以B处理的脯氨酸含量最高。这与李国强等[37]、张云婷等[38]的研究结果（蓝光提高了脯氨酸含量）一致。

本研究结果表明，红光比例高时，有助于提高幼苗鲜重和促进根系生长，但降低了幼苗可溶性糖含量；不同红蓝光组合中，随着蓝光比例的增加，幼苗叶片叶绿素含量也增加。光合产物及中间产物反馈于光合作用，调节光合，影响植物的生长，可溶性糖是光合产物，在信号转导中起着重要作用[39]。糖信号可以调控叶片的衰老，表现为叶绿素含量降低，则光合作用降低[40]。红光R处理下可溶性糖含量提高，负反馈调节了叶绿素含量，表现为叶绿素含量降低。红光比例降低时，叶绿素含量提高，促进光合速率的同时，也引起很高的呼吸速率，导致生物量累积的减缓，这可能是造成红光比例降低后叶绿素含量增加时，地下部鲜重、根体积等减少的原因。

综上所述，不同光质对紫甘蓝幼苗影响的研究发现，各种光质对植株生长发育的影响具有相互协调、相互制约的关系。与CK相比，8R2B有助于提高紫甘蓝幼苗鲜重、株高、根体积、根总表面积和可溶性蛋白质含量；不同光质处理均提高了幼苗色素含量；R处理明显提高了幼苗的可溶性糖含量；不同光质处理均降低了紫甘蓝幼苗丙二醛含量，以B处理效果最佳；不同光质处理下脯氨酸含量差异不显著。综合评价各项指标可知，8R2B处理最有利于紫甘蓝幼苗的生长。

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